یکی از مهمترین کاربرد­های بیوانفورماتیک در حوزه ­ی پژوهش­های علوم زیستی و دارویی قابلیت پیش بینی میزان سمیت ترکیبات مختلف است. در گذشته از روش­های مرسوم تعیین سمیت شامل­ آزمون میزان سمیت در جونده ­ها و یا آزمون­های آزمایشگاهی نظیر سمیت سلولی و آزمون ایمز جهت تعیین میزان سمیت ترکیبات مختلف استفاده میکردند. اگرچه روش­های مذکور کارایی بالایی دارند و امروزه هم استفاده میشوند اما بعلت هزینه­ ی بالا و زمان بر بودن استفاده از آن­ها با محدودیت مواجه است. علاوه براین ممکن است یک ترکیب شیمیایی علیرغم اثرات مطلوب دارویی به علت اثرات سمی شدید از چرخه ­ی بررسی­های دارویی خارج شود.اما ابزار­های بیوانفورماتیکی با فراهم آوردن شرایط بررسی دقیق گروه­های فعال و هسته­ ی سمی ترکیب احتمال اصلاح مولکول را نیز فراهم میکند.

از آنجا که سمیت سلولی و ژنتیکی برخی گروه­های فعل شیمیایی طی بررسی­های عملی تایید شده است ابزارهای بیوانفورماتیکی موجود با فراهم کردن پایگاه داده ای از ترکیبات و گروه­های شیمیایی شناخته شده حضور این گروه های شیمیایی را در ترکیبات مورد نظر بررسی نموده و بر اساس خصوصیات فیزیکو شیمیایی میزان تشابه با ترکیبات سمی موجود در پایگاه داده­ای موجود میزان سمیت ترکیب مورد بررسی را در یکی از سه گروه غیرسمی، ترکیبات با سمیت متوسط و بسیار سمی قرار میدهند. جدول زیر برخی از مهمترین ابزار­های تعیین سمیت را نشان میدهد.

پیش بینی بیوانفورماتیکی سمیت مواد شیمیایی

پیش بینی میزان سمیت سلولی و ژنتیکی مواد شیمیایی

اغلب ابزار­های بیوانفورماتیکی موجود بر اساس الگوریتم مشابهی میزان سمیت ترکیبات مختلف را مورد بررسی قرار میدهند که این الگوریتم­ها مجموعه ای از کنترل­های صورت گرفته در خصوص ترکیبات مختلف است. به عبارت دیگر این ابزار­ها بر اساس مجموعه ای از داده ­های قبلی و با در نظر گرفتن محدودیت­های ویژه­ ای سطح سمیت ترکیبات را تعیین میکنند مهمترین ملاک­ها و سوال­های مورد بررسی در الگوریتم ­های تعیین سمیت شامل:

۱٫آیا ترکیب مورد بررسی جزو متابولیت­های طبیعی بدن انسان است؟

۲٫آیا ترکیب مورد نظر حاوی گروه­های افزاینده ­ی سمیت است؟

۳٫آیا عنصر یا عناصری غیر از کربن، اکسیژن، هیدروژن و نیتروژن در ساختار ترکیب مورد نظر موجو دارد؟

۴٫آیا در ساختار ترکیب هیدروکربن­های ساده و راست زنجیر وجود دارد؟

۵٫آیا در ترکیب مورد آزمون بنزن یا مشتقات آن وجود دارد؟

۶٫آیا حلقه ­های هتروسیکل در ترکیب مورد بررسی وجود دارند؟

۷٫میزان حضور گروه­های شیمیایی فعالی نظیر:آسیل هالید، سولفونیک یا فسفونیک اسید، هالوآلکن، اپوکساید، آلکیل نیتریت  و هیدرازین

علیرغم مزیت­های زیاد و تسریع روند غربالگری میزان سمیت ترکیبات مختلف ابزار­های توسعه یافته جهت تعیین و تشخیص سمیت سلولی و ژنتیکی محدودیت­هایی نیز دارند.از جمله مهمترین محدودیت­ها میتوان به محدودیت کتابخانه مورد استفاده توسط این ابزار­ها اشاره نمود.همانطور که اشاره شد هرکدام از ابزار ­های موجود کتابخانه­ای از ترکیبات و گروه­های فعال شیمیایی را در اختیار دارند که با استفاده از آن­ها میزان سمی بودن ترکیبات مختلف سنجیده میشود. اما به علت تعداد بالای این ترکیبات هر ابزار بیوانفورماتیکی فقط تعداد مشخصی از این ترکیبات را شامل شده لذا نیاز به بروز رسانی ­های مکرر دارند.محدودیت مهم دیگر این ابزار­ها این است که در تمامی آن­ها خود مولکول در نظر گرفته میشود در حالی که ممکن است خود مولکول کاملا غیر سمی باشد اما محصولات حاصل از متابولیزه شدن آن سمیت بالایی داشته باشند.

جدول۱٫برخی از ابزار­های بیوانفورماتیکی تعیین سمیت ترکیبات شیمیایی

ابزار بیوانفورماتیکی نوع ابزار کاربرد
Tox tree نرم افزار تعیین سمیت سلولی و ژنتیکی
Toxpred نرم افزار تعیین سمیت سلولی
DEREK نرم افزار تعیین سمیت سلولی،محیطی و ژنتیکی
Toxrod سرور تعیین سمیت در جوندگان
Ochem سرور پیش بینی آزمون ایمز و سمیت سلولی

نگارنده: تیم تولید محتوای زیست فایل